모세관

모세관이란

모세관은 응축기에서 나온 액냉매를 가는 관의 마찰 저항으로 교축하는 장치다.

증발압력까지 압력을 낮추는 고정식 팽창장치라서 소형 냉동장치에 주로 쓰인다.

가정용 냉장고와 룸에어컨이 대표적인 적용 예다.

냉동사이클 속 위치

압축기가 만든 고온·고압 증기는 응축기에서 열을 버리고 고압 액냉매가 된다.

이 액은 모세관 입구로 들어가 관벽 마찰로 압력이 떨어진다.

그 결과 저압 습증기가 되어 증발기로 들어간다.

증발기에서 증발 잠열로 주위를 식힌 증기는 다시 압축기로 돌아가 사이클이 닫힌다.

교축과 플래시 가스

모세관 안에서는 관벽 마찰로 압력이 급격히 떨어진다.

이 과정은 교축이며, 입구와 출구의 엔탈피가 같은 등엔탈피 과정이다.

압력이 떨어지면서 일부 냉매가 증발하는데, 이때 생긴 기체를 플래시 가스라 한다.

플래시 가스는 증발기 입구에 섞여 냉동능력을 떨어뜨리고, 출구 액온은 증발온도 가까이 내려간다.

계산 예제

응축 압력이 1.2 MPa, 증발 압력이 0.4 MPa이면 필요한 압력 강하는 0.8 MPa다.

기준 조건은 내경 1.0 mm 관이 길이 1.0 m에서 0.2 MPa 강하를 내는 경우다.

같은 내경에서 압력 강하는 길이에 비례하므로 필요한 길이는 4.0 m가 된다.

다만 실제 모세관은 2상 흐름이라 비선형으로 거동하므로 시험값으로 보정한다.

감온식 밸브와 비교

팽창장치를 비교할 때 가장 먼저 볼 것은 유량 조절이 되는지 여부다.

모세관은 관의 길이와 내경으로 유량이 고정되고 조절되지 않는다.

감온식 밸브는 증발기 출구 과열도를 감지해 개도를 바꾼다.

그래서 부하가 변해도 과열도를 일정하게 유지하는 쪽은 밸브다.

주의사항

앞에서 본 것처럼 모세관은 유량을 바꿀 수 없어 운전 관리가 중요하다.

첫째, 냉매 충전량이다. 과다하면 과냉각이 커지고, 부족하면 증발 능력이 떨어진다.

둘째, 증발기 출구 과열도를 확보해야 액백을 막는다.

셋째, 이물로 막히지 않도록 건조기와 여과기를 앞단에 둔다.

한눈에 정리

모세관은 고압 액냉매를 관 저항으로 교축하는 비조절식 팽창장치다.

장점은 구조가 단순하고 비용이 낮으며 재기동이 쉬운 것이고, 단점은 유량 조절이 불가능한 것이다.

소형 장치에는 모세관을, 대용량과 가변 부하에는 팽창밸브를 쓴다.